分布式光伏發電并網系統研究與設計

王萌

（吉林省電力勘測設計院，吉林 長春 130022）

分布式光伏發電并網系統研究與設計

王萌

（吉林省電力勘測設計院，吉林 長春 130022）

近年來，隨著國家對環保要求的逐步提高，新能源得到了快速發展，特別是光伏、風電、分布式能源發電等裝機容量已逐步替代了火電在我國能源結構中的部分比例，本文將就分布式光伏發電并網系統的研究與設計進行分析討論。

分布式光伏發電；并網系統；研究設計

光伏發電是利用相關裝置將太陽能轉化為電能，光伏發電最核心的部件是太陽能電池組，在相關功率裝置等的配合下，構成了太陽能發電裝置。光伏發電因其具有清潔、無噪聲、一次建造后后期維護成本低等優勢，還具有建設期不長、國家政策扶持力度大等特點，在我國光能豐富的地區得到了廣泛的應用。但是傳統的光伏電站經變壓器升壓通過線路送至用戶處，因光伏發電量有限，經線路損耗、電站自用等損耗對于昂貴的光伏電價來說難免得不償失。分布式光伏發電采用的就地發電，就地消納，多余上網的模式，這種發電模式有效解決了目前光伏發電成本高的問題，只需很小的投入，用戶甚至可以用光伏發電取得經濟收益，本文將就分布式光伏發電的原理、選址要求、極板分布原理、并網系統的研究設計等方面對光伏發電進行分析探討。

1 分布式光伏發電定義

所謂分布式光伏發電，即在短距離內實現太陽能和電能之間的轉換與消納，通常用戶既作為電源點也作為負荷端，另外多余的電量還可以進行上網發電，給用戶創造出經濟效益。所謂分布式是相對于集中式而言，分布式光伏發電具有以下特點。

（1）太陽能是一種自然能量，且目前人類能有效利用的太陽能僅占太陽能量的很小一部分，太陽能對目前人類的技術水平而言是可以無限開采且可以重復利用的。

（2）分布廣泛性，凡是太陽照到的地方就可以利用，特別是對于一些偏遠山區、不易建設高空線路的區域等，分布式光伏發電的適應性很好地解決上述問題。

（3）高效性，光伏發電利用的光電效應，不會向火電那樣實現熱能、動能、機械能、電能之間的轉換，相較于傳統發電，光伏發電中間環節特別少，因而能量損耗少，光伏發電的效率一般在80%以上，甚至更高。

（4）清潔無污染，節約水資源，和火力發電比較，在光伏發電過程中不會產生NOX、S OX、二氧化碳等污染物，也不會產生P M2.5等有害顆粒等，另外，光伏發電過程中不需要水進行冷卻和進行能量轉換，特別適合西北等光資源豐富、水資源匱乏等地區。

2 光伏電站分類

光伏電站按裝機容量可以分為：小型光伏電站，容量在1 MW以下；中型光伏電站，容量在30 MW以下；大型光伏電站，容量在30 MW以上。光伏電站按使用方式分可以分為：集中式光伏電站、地面光伏電站、山地電站、魚光互補發電、林光互補發電、分布式光伏發電、B I P V即光伏建筑一體化、風光儲發電等。

3 光伏資源分析

我國光伏資源豐富，2/3以上的地區光資源比較豐富，要對光伏發電系統進行設計，選址是核心。

由表1可以看出，在一類地區開展光伏發電，具有很高的投資價值，其他幾類地區投資價值逐漸下降。另外，在設計計算中，需要的基本數據主要有現場的地理位置，包括地點、緯度、經度和海拔等；安裝地點的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射量、直接輻射量及散輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫，最長連續陰雨天數，最大風速及冰雹、降雪等特殊氣象情況。氣象資料一般無法做出長期預測，只能以過去10年到20年的平均值作為依據。

4 分布式光伏發電并網系統設計流程及要點

4.1 設計原則

綜合性比較，至少設計三種及以上的方案，通過對比分析選擇較為合適的方案；資源優先，通過光資源綜合分析、地理位置、氣候條件等確定；根據日照條件合理設計太陽能電池板方陣；集中監控，智能巡視操作。核算造價，計算收益。

表1 全國各地太陽能總輻射量與年平均日照當量

4.2 分布式光伏發電設計流程

分布式光伏發電設計要經過以下流程。

（1）實際勘驗，進行實地考察，觀察待裝光伏發電區域日照、經緯度、海拔高度、氣候、屋面條件等，進行先期光伏投資預判。

（2）運行模式確定，和用戶確定是用戶自用或者預留裕量上網系統，自用商用共同設計。

（3）全年評估，主要包括屋面結構的牢固性、使用壽命評估，用戶全年用電量分析，如參與上網還需要考慮電網的接入點和每年向電網發電的電量評估計算出全部區域內的分布式光伏的總裝機容量。

（4）設備選型和總體系統設計，根據實際光伏發電需要和投資成本分析，選擇相應的光伏系統硬件布置、網絡傳輸（目前無線傳輸技術比較活躍）、主設備選型、蓄電池組設計、電池板排列方陣設計、匯流箱及其余系統設計、總體安裝方案設計、輔助建筑設計、DCS、NC S設計、五防設計、保護配置設計、接地防雷設計、并網設計、光功率預測系統和遠動通訊設計、項目概預算、環境評估等程序。

4.3 分布式光伏發電并網設計要點

（1）陣列設計。談到陣列設計，我們需要了解幾個概念，太陽高度角：太陽射線和水平面的夾角；太陽方位角：太陽射線與地面投影和正南方向的夾角；太陽赤緯角：太陽射線和赤道表面的夾角；太陽時角：地球自轉的角度，正午、上午、下午分別為零、正、負。

（2）傾斜角分析。根據多家光伏電站矩陣布置分析認為：緯度25°以內時，傾斜角等于緯度；緯度在25°和40°之間時，傾斜角在緯度的基礎上正向偏差8°左右；緯度在41°到55°時，傾斜角早緯度基礎上正向偏差12°左右；緯度在56°以上，傾斜角早緯度基礎上正向偏差18°左右，這只是一些經驗數據，具體的偏差角度還需要根據現場實際進行校正。

（3）光伏組件。光伏組件性能優越性主要體現在組件的連接方式和逆變器的配合上，溫度對光伏組件影響主要體現在太陽能電池板的工作電壓和開路電壓上，這兩個值均和溫度成反比，因此對于高寒地區，一定要選擇與之匹配的光伏組件，使其滿足最低均溫和工作溫度的要求，避免因溫度造成設備損壞。

（4）分布式光伏電站上網設計。光伏電站上網設計可分為三種：①全部上網類型，該類型的設計需要考慮引入逆功率保護，并禁止孤島運行方式；②自發自用，余電上網，該種模式亦不允許孤島運行；③自發自用，雙向平衡帶儲能，運行方式靈活，可以組建微電網，也可以孤島運行。

（5）光伏逆變器選用及安裝要點。光伏逆變器的選擇要綜合考慮太陽能電池板方陣的最大功率，另外為節約成本，一般要求光伏逆變器的輸入總功率和輸出總功率接近即可。逆變器在安裝時嚴禁將多臺逆變器并聯，以防逆變器發生諧振；逆變器的歪風道和通風道一般采取軟連接方式，避免振動損壞；做好逆變器安裝調試時基礎參數的收集，如電流、相序、阻抗等。

5 結語

本文主要就分布式光伏的發電原理、光伏電站的定義、光資源的分布、發電并網系統的設計要點技術研究等多方面分析了分布式光伏在電力系統的作用。

[1]楊德仁，汪雷．第十屆中國太陽能光伏會議論文集迎接光伏發電新時代[D].浙江：浙江大學出版社，2008-9-[1]1．

[2]廖東進,黃健華.光伏發電系統集成與設計[J].化學工業,2013 ,8,1.

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